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由于陀螺具有定轴性、进动性等力学特性(见陀螺力学),因而可制成陀螺仪、陀螺稳定器,导航平台等装置,用于不同的工程技术领域。从力学上看,陀螺的含义更为广泛。高速自旋的炮弹在飞行中并无固定点,但其相对质心的运动就是典型的陀螺运动,依靠了陀螺的稳定性才不致翻跟斗。
高速自转的三自由度陀螺的自转轴具有稳定性,这就是陀螺运动的稳定性,是陀螺运动的又一个力学特性。
大型电机转子的转动轴受到轴承约束,但在转轴变形时,转动轴可在空间改变方向,伴随产生的陀螺效应将改变转子的临界转速。地球绕南北极轴自转,自转角速度极为缓慢,但因自转动量矩十分巨大,因此地球也是一个内充液体外带气圈的大陀螺。地球南北极轴在星空的指向也以25,800年为周期缓慢改变,称为岁差。航天器为了稳定与控制自己的姿态运动,常在内部安装动量飞轮(一个或三个),称为陀螺体卫星。因此,只要能绕某轴转动,而此轴又可绕某汇交轴转动的刚体或准刚体,一般都可称为陀螺。
使陀螺的转子作惯性转动的陀螺仪可实现惯性导航。但是由于地球本身的自转,这种陀螺的转轴并不指向地球上的某个固定方向。用于导航上的陀螺它的自转轴应一直指向北方,因此必须给陀螺加上一个同地球的自转角速度相等的进动角速度,并使外环轴和转子的自转轴永远处于子午面内。这种始终指向地球北方的陀螺装置称为陀螺罗盘。同样也可以制造用于表征飞机姿态的各种专用陀螺。
18世纪欧拉建立的动力学方程和欧拉运动学方程,为陀螺运动的理论奠定了基础。但是制造出一个实用的陀螺却经历了长时间的探索。19世纪中期,随着钢制外壳船舶的出现,原来所用的磁罗盘不再适用,因而用陀螺导航的要求日益迫切。在第一次世界大战中,美国海军制成了陀螺导航仪,并很快被其他国家所采用。随着航海和航空事业的发展,陀螺仪已成为不可缺少的精密导航仪器。20世纪初出现了飞机的陀螺稳定器和自动驾驶仪。但直到1940年后,陀螺罗盘才完全代替了磁罗盘,1950年出现了惯性导航系统。
不论制造得多么精密的陀螺,要完全消除轴承的摩擦力并使质心和支点重合是不可能的,因而就会产生外加干扰力矩的作用,引起陀螺转子自转轴的缓慢进动,称为陀螺漂移。这时的进动角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的标志。为最大限度地减少漂移,近代陀螺的研究课题主要是如何实现无干扰力矩的支承。主要途径是用电场力来代替支架,实现无支承悬浮。如果转子是个标准的球形,则电场力通过其中心,从而实现无摩擦的悬浮。另一个途径是用磁场力来实现转子的悬浮,但要求转子必须是用超导体制造的,才能使磁力线垂直于球形转子的表面且不穿透它的表面。这就是近代电陀螺和磁陀螺的基本设想。
进动,就是转动轴画出的面是一个圆锥面,大学物理一般都会讲解。
你好。三轴陀螺仪可以同时测定6个方向的位置,移动轨迹,加速。 单轴的只能测量两个方向的量,也就是一个系统需要三个陀螺仪,而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好,是激光...
中国最早的娱乐项目——陀螺 也作陀罗,闽南语称作“干乐”,英文称之为“spinning top”,日本语中以“独乐”表示,称为“KOMA”。 传统古陀螺大致是木或铁制的倒圆锥形,现代已有各式各样的材质...
陀螺全站仪使用说明
陀螺全站仪 使用培训手册 陀螺仪培训教程 (索佳测绘仪器贸易(上海)有限公司 技术支持) 联系电话: 010-65056066 传真: 010-65056068 一、概述 陀螺全站仪是将陀螺仪和全站仪结合在一起的仪器。 目前它被广泛应用于 矿山、建筑、测绘、铁道、军事等各个部门的定向测量。由于它不受时间和 环境的限制,同时观测简单方便,效率高,而且能保证较高的定向精度,所 以它是一种先进的定向仪器。 二、陀螺发展过程 (大体可以分为三个时期) 1)、 五十年代的液体漂浮式陀螺仪。这是将陀螺转子装在密封的球形浮子 中,组成陀螺灵敏部,采用液体漂浮(浮液由蒸馏水、甘油和水扬酸配 成)电磁定中心,陀螺转子由空气压缩涡轮机带动三相交流发电机供电, 全套仪器重达 186~500kg,一次定向时间为 2~4小时,陀螺方位角一 次测定中误差为 ±1'~1'30″,效率很差。 2)、六十年
FPC构型中部分陀螺失效后奇异性对比
从奇异性分析角度对单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的五棱锥构型(FPC)及其失效情况进行了研究。分别对1只陀螺失效及2只陀螺失效可能产生的各种构型进行了分析,给出了相应的奇异点角动量图并对几种重构后的构型评价指标进行计算和对比,更加深入地理解FPC构型及其失效重构后的性能。该文研究结果可为失效模式下的操纵律设计提供参考。此外,当FPC构型中有陀螺作为备份时,该文研究结果也为备份的选择提供了依据。
即陀螺稳定平台,是一种复杂的陀螺系统,用来稳定仪表或设备的位置和方向。它一般包含两个或三个陀螺仪,分别装在三个或四个框架中,另外附加伺服放大器或伺服电动机。平台能给出惯性空间的定向参考,当平台绕某轴转动时,相应的陀螺仪通过传感器把信号送给该轴的放大器和电动机,使电动机开动直到把平台转回信号消除的位置为止。放大器和电动机都必须能在极小的信号下正常工作。陀螺仪只起传感器或敏感元件的作用。陀螺平台用来稳定那些需要精确地定向的仪表和设备,如测量仪器、照相机、天线和惯性导航系统中的加速度计,等等。
陀螺传感器是一切用以测量转角、角速率,把信号输送给自动驾驶仪、惯性导航系统的陀螺元件的总称。
在应用中,为确保陀螺装置的精确度、灵敏度和可靠性,除了进行各种误差分析并采用相应的专门修正措施外,还要尽量降低陀螺仪的漂移。目前已取得成效的有:液浮陀螺,以及气浮、静电、磁和超导支承的陀螺,摆式和对转式支承的陀螺等;还有不用轴承的挠性陀螺、振动陀螺等。经研究发现,现在已有100种以上的物理现象和相应的原理,包括激光、偏振波、核子自旋、放射性同位素等,可以用来观测旋转和确定方向。
(陀螺地平仪)
转子轴能维持在铅直位置的陀螺装置。最简单的是陀螺摆。它是由附在高速自转陀螺转子上的重力摆构成的三自由度重力陀螺仪,其转子轴铅直放置,当转子轴偏离铅直线时重力产生的力矩使陀螺摆绕铅直线旋进。陀螺的出现使摆的稳定性显著增大。当陀螺摆放在剧烈摇摆的船上时,陀螺转子轴仍能维持在铅直位置。因此可以用来稳定军舰或坦克上火炮的发射角。
这类陀螺仪本身大都是二自由度的。常见的有速率陀螺仪和积分陀螺仪。速率陀螺仪是用以直接测定运载器角速率的仪表。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速度的轴,如果考虑运载器的转动在内,这种陀螺仪也是三自由度的。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时,陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对于运载器而旋进。这种陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进,而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。
积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时,积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角(即角速度的积分)。这种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。
还可以利用旋进受限制的三自由度陀螺仪来同时测出运载器的角速度和角加速度。